Оптика

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
1. Интерференция света
Условия наблюдения интерференции:
волны монохроматические
λ1 =λ2
ν1 = ν2
разность фаз постоянна
Δφ = const
колебания светового вектора происходят в одном направлении
Интерференция света – сложение двух или несколь-ких когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение световой энергии в пространстве.

λ1 ≠ λ2
ν1 ≠ ν2
волны не когерентны
интерференция
не наблюдается!
Интернет-тесты

Условия максимумов и минимов при Интерференции
– связь разности фаз с оптической разностью хода
Условия минимума при интерференции:
волны складываются в противофазе
волны складываются в одной фазе
разность фаз:
Условия максимума при интерференции:
опт. разность хода:
разность фаз:
опт. разность хода:

min
Интернет-тесты

Как отличаются оптические разности хода лучей:
для соседних темных интерференционных полос?
для соседних светлых интерференционных полос?
для соседних темной и светлой интерференционной полосы?
max
m=2
=800 нм
Δ=2 λ
Δ=λ
Δ=λ
Δ=λ/2
min

В т. А приходят волны от двух когерентных источников S1 и S2. Длина волны в вакууме 600 нм.
При какой минимальной разности фаз в т.А будет наблюдаться минимум интерференции?
m=0

+λ/2
При отражении от оптически менее плотной среды появляется дополнительная разность хода λ/2
Δ = 2dn - 0

Интернет-тесты
Δ↓
d↓
λ↓
Δ↓
n↓
λ↓
Δ~ d
Δ~ n
Δ~ α

2. Дифракция света
Метод зон Френеля
Дифракция – огибание волнами препятствий, соизме-римых с длиной волны.
Расстояния от краев зон до точки наблюдения различаются на λ/2
– радиус m-ой зоны Френеля
Если открыты
в центре темное пятно
в центре светлое пятно

Интернет-тесты
Δ=λ/2
Расстояния от краев зон до точки наблюдения различаются на λ/2

а=∞
Интернет-тесты

Дифракция Фраунгофера на щели
Дифракция Фраунгофера на решетке
m – порядок минимума или максимума
φ – угол наблюдения max или min
λ=const
расстояние между max ↑
d ↓
sin φ ↑
d=const
λ↑
sin φ ↑
λкр> λзел
φкр> φзел

λкр> λфиол
φкр> φфиол
(сильнее отклоняются красные лучи)

Имеются 4 решетки с различными постоянными d, освещаемые одним и тем же монохроматическим излучением различной интенсивности. Какой рисунок иллюстрирует положение главных максимумов, создаваемых дифракционной решеткой с наименьшей постоянной решетки?
Интернет-тесты
m=const
λ=const
чем меньше d, тем больше sin φ
√

Одна и та же дифракционная решетка освещается различными монохроматическими излучениями с разными интенсивностями. Какой рисунок соответствует случаю освещения светом с наименьшей длиной волны?
Интернет-тесты
m=const
d=const
чем меньше λ, тем меньше sin φ
√
с наибольшей частотой?
чем больше ν, тем меньше λ

Интернет-тесты
На дифракционную решетку падает излучение одинаковой интенсивности с длинами волн λ1 и λ2. Укажите рисунок, иллю-стрирующий положение главных максимумов, создаваемых дифракционной решеткой, если λ1>λ2 ? (J – интенсивность, φ – угол дифракции).
m=const
d=const
чем больше λ, тем больше sin φ
√

Интернет-тесты
На дифракционную решетку падает излучение с длинами волн λ1 и λ2. Укажите рисунок, иллюстрирующий положение главных максимумов, создаваемых дифракционной решеткой, если λ1< λ2, J1 >J2 ? (J – интенсивность, φ – угол дифракции).
m=const
d=const
чем больше λ, тем больше sin φ
√

N2>N1
При увеличении числа щелей в решетке максимумы становятся более узкими и яркими.
Положения максимумов не поменились
d2=d1

4. Поляризация
J1= Jест/2
J2= J1cos2φ
Jест
J2min= 0
J2max= J1
Чем больше разность между Jmax и Jmin, тем больше степень поляризации.
Поляризаторы: пластинка турмалина, призма Николя, поляроид.
интенсивность поляри-зованного света, падаю-щего на анализатор
интенсивность на вы-ходе из анализатора
угол между главной плоскостью поляризатора и плоскостью поляризации падающего луча

На пути естественного света помещены две пластинки турмалина. После прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если J1 и J2 – интенсивности света, прошедшего пластинки 1 и 2 соответственно, и J2= J1/4 , тогда угол между направлениями OO и O΄O΄ равен…
Закон Малюса
Интернет-тесты

Интернет-тесты

Интернет-тесты
Чем больше разность между Jmax и Jmin, тем больше степень поляризации.
Pc >
Pb >
Pa

Поляризация при отражении и преломлении
В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскос-ти падения (на схеме больше точек);
В преломленном луче – колебания параллельные плоскости падения (на схеме больше стрелок).
При многократном пре-ломлении степень поля-ризации увеличивается.

Интернет-тесты

Интернет-тесты
угол между преломленным и отраженным лучами 90º
свет падает под углом Брюстера
отраженный луч полностью поляризован
колебания в отраженном луче перпендикулярны плоскости падения

Интернет-тесты

α=60º
β=30º
α= αБр
tg αБр = n
30º
90º
60º
α= αБр
α=60º
β=180º-60º-90º
β=30º

5. Дисперсия
Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ) света.
или
аномаль-ная
аномаль-ная
нормаль-ная
аномаль-ная
аномаль-ная
нормаль-ная

Интернет-тесты
AB
C΄D΄
ω ↑
n ↑
λ ↑
n ↓
нормальная дисперсия
λ ↑
n ↓
ω ↑
n ↑
нормальная дисперсия

КВАНТОВАЯ ОПТИКА
1. Тепловое излучение
Все тела, имеющие отличную от нуля абсолютную температуру – источники теплового излучения.
На графике rλ(λ) RT – площадь под кривой
при ↑ T площадь ↑
λmax – длина волны, на которую приходится максимум функции rλ(λ)
при ↑ T, λmax ↓

>
>
<
<

На рисунке показана кривая зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при T=6000K. Если температуру тела уменьшить в 4 раза, то длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, …
Если температуру тела уменьшить в 2 раза, то энергетическая светимость абсолютно черного тела…
Интернет-тесты

На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при разных температурах.
Если длина волны, соответствующая максимуму излучения, уменьшилась в 4 раза, то температура абсолютно черного тела ...
Если кривая 2 соответствует спектру излучения абсолютно черного тела при температуре 1500 К, то кривая 1 соответствует температуре (в)...
Интернет-тесты

Интернет-тесты
При сером излучении интенсивность лучей для каждой длины волны при любой температуре составляет неизменную долю от интенсивности излучения черного тела.

при ↑ T площадь ↑
при ↑ T, λmax ↓
λmax2 < λmax1

при ↑ T площадь ↑
при ↑ T, λmax ↓, ωmax ↑

На рис. представлено распределение энергии в спектре абсолютно черного тела для двух температур: Т1 (кривая 1) и Т2. (кривая 2) Определите, как связаны температуры и энергетические светимости (RT) тел.
На графике rλ(λ)
RT – площадь под кривой
RT1 > RT2
RT ~ T4
T1 > T2
при ↑ T, λmax ↓
λmax1 < λmax2
T1 > T2

2. Фотоэффект
Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
фотоэффекта нет
энергии фотона недостаточно для выбивания электрона
Для данного материала кинетическая энергия электрона зависит только от энергии падающего фотона (не зависит от их количества, т.е. интенсивности света)

J ~ Nфот
~ Iнас
Iнас ~ J
Uз1
I=Iнас
все выбитые электроны достигли анода
Вольтамперная характеристика
= Nэлектр
J1= J2
J3 = J4
Uз2
ν1= ν 3
> ν 2
>
все выбитые электро-ны вернулись обратно
A = const
Uз ~ ν
фотокатод не меняется
> ν 4
Uз = 0
ν = νкр
свет не меняется
ν = const
Uз ↑
A↓
ν4 = νкр
A1= A3
< A2
< A4

νкр2
νкр1
A2 > A1
Uз ~ ν
ν < νкр
Uз =
0
фотоэффекта нет
ν > νкр
A = const
νкр2> νкр1
ν = 0
Для всех металлов угол наклона зависимостей Uз (ν) одинаков

Uз 1= 0
ν1 = νкр

Интернет-тесты
Iнас1= Iнас2
J1= J2
Uз1>Uз2
ν1> ν 2
Iнас1> Iнас2
J1> J2
Uз1=Uз2
ν1=ν 2

На рисунках изображены зависимости фототока от напряжения между катодом и анодом, полученные при освещении двух метал-лов монохроматическим излучением с одинаковой частотой. Для каждого случая сравните работы выхода электронов из металлов (А) и световые потоки (Ф).
>
>
<
<
=
=
Ф ~ J
J~Iнас
ν = const
A ↑
Uз ↓
Ф ~ I
Интернет-тесты

Интернет-тесты
На рисунке представлены две зависимости задержи-вающего напряжения U3 от частоты падающего света ν для внешнего фотоэффекта. Укажите верные утверждения.
А2 < А1, где А1 и А2 – значения работы выхода электронов из соответ-ствующего металла
С помощью этих зависимостей можно определить значение постоянной Планка
Зависимости получены для двух различных металлов
λ01 > λ02, где λ01 и λ02 – значения красной границы фотоэффекта для соответствующего металла
Угол наклона зависимостей 1 и 2 одинаков
νкр2
νкр1
√
√
√
νкр2> νкр1
λкр2< λкр1
√
Зависимости получены для двух различных освещенностей одного металла
A2> A1
─
─

Интернет-тесты
На рисунке представлены две зависимости задержи-вающего напряжения U3 от частоты падающего света ν для внешнего фотоэффекта. Укажите верные утверждения.
А2 > А1, где А1 и А2 – значения работы выхода электронов из соответ-ствующего металла
С помощью этих зависимостей можно определить значение постоянной Планка
Зависимости получены для двух различных металлов
λ01 < λ02, где λ01 и λ02 – значения красной границы фотоэффекта для соответствующего металла
Угол наклона зависимостей 1 и 2 одинаков
Зависимости получены для двух различных освещенностей одного металла
утверждения немного отличается от предыдущих!

На приведенном рисунке на осях x и y отложены соответственно: частота света ν и кинетическая энергия Wk фотоэлектронов, вырываемых с поверхности фотокатода. Для некоторого материала фотокатода исследованная зависимость на рисунке представлена линией с.
Укажите линию, которая будет соответствовать случаю, когда материал фотокатода заменен на материал с большей работой выхода.
νкр2> νкр1
A2> A1
Интернет-тесты

Интернет-тесты
J ~ Nфот
J ~ Nэлектр
= Nэлектр

Интернет-тесты

3. Свойства фотонов (квантов света)
Энергиия:
Масса:
Скорость:
Импульс:

Интернет-тесты

λ↑ p↓
λинфр> λвид > λуф > λрентг
Интернет-тесты

4. Давление света
Давление света – давление, которое оказывает электро-магнитное излучение, падающее на поверхность тела
интенсивности света
отражающей способ-ности тела
Зависит от:
Обусловлено:
импульсом переданным поверх-ности падающими фотонами
Давление при падении света под углом α к нормали:
K – коэффициент отражения:
J – интенсивность падающего света;
c – скорость света;
K=1 – зеркальное тело
K=0 – абсолютно черное тело
Световое давление на абсолютно черное тело в два раза меньше, чем на зеркальное.

Интернет-тесты
Световое давлеие на черное тело меньше, чем на белое.
Чем больше импульс падающих фотонов, тем большее давление они оказывают
p ↑ λ↓
Световое давление на черное тело меньше, чем на зеркальное.

Интернет-тесты
J ~ Nфот
J2 = J1 / 2
K2 = 0
K1 = 1
P2 = P1 / 4
J2 = J1
K2 = 0
K1 = 1
P2 = P1 / 2

Интернет-тесты
K1 = 0
α1 = 0
P1 = P
K2 = 1
P2 = P
α2 = ?

Параллельный пучок свет, падающий на зеркальную плоскую поверхность, под углом α=60° (отсчитываемым oт нормали к поверхности), производит давление Р. Если тот же пучок света направить по нормали на зачерненную поверхность, то световое давление будет равно...
K1 = 1
α1 = 60º
P1 = P
K2 = 0
P2 = ?
α2 = 0

5. Эффект Комптона
Эффект Комптона – рассеяние фотонов электро-магнитного излучения на свободных электронах.
рф – импульс фотона до столкновения;
ре- – импульс электрона;
рф΄ – импульс фотона после столкновения;
φ – угол рассеяния фотона.
– изменение дины волны падающего фотона
λe =2,426 пм
φ ↑
Δλ ↑
λ΄ ↑
ν΄ ↓

Интернет-тесты

На рисунке показаны направления падающего фотона (γ), рассеянного фотона (γ') и электрона отдачи (e). Угол рассеяния 90°, направление движения электрона отдачи составляет с направлением падающего фотона угол φ=30o. Если импульс падающего фотона Pф, то импульс рассеянного фотона равен…
Интернет-тесты

На рисунке показаны направления падающего фотона (γ), рассеянного фотона (γ') и электрона отдачи (e). Угол рассеяния 90°, направление движения электрона отдачи составляет с направлением падающего фотона угол φ=30o. Если импульс электрона отдачи 3(МэВ·с)/м , то импульс рассеянного фотона (в тех же единицах) равен...
Интернет-тесты
φ = 30º
=1,5 (МэВ·с)/м